REMOÇÃO DE ÍONS COBRE DE EFLUENTES AQUOSOS POR
ELETRODEPOSIÇÃO EM REATOR ELETROQUÍMICO DE
LEITO DE JORRO
R. MARTINS 1, L. A. M. RUOTOLO2
1
Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química
e-mail: [email protected]
2
Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química
e-mail: [email protected]
RESUMO – Neste trabalho foi estudado o processo de remoção de íons cobre presentes
em efluentes aquosos simulados utilizando reator eletroquímico de leito de jorro
composto por partículas condutoras de cobre que compunham o cátodo poroso.
Aplicando-se um planejamento fatorial Box-Behnken foram estudados os efeitos da
corrente elétrica (I), espessura do reator (L), espaçamento do canal central (d) e
concentração de eletrólito suporte (Cs) sobre a eficiência de corrente (EC), rendimento
espaço-tempo (Y) e consumo energético (CE) do processo. Os resultados foram
analisados estatisticamente e o efeito de cada variável sobre as respostas estudadas foi
feito utilizando-se superfícies de resposta. Os resultados mostraram que a concentração
de eletrólito suporte mostrou-se uma variável bastante importante para a otimização do
processo. O valor da corrente a ser aplicada deve ser ajustado de maneira a propiciar
um elevado rendimento em consonância com valores elevados de EC e valores baixos
de CE. O uso de espessuras de leito maiores que 1,3 cm mostrou-se inadequado e
verificou-se a taxa de circulação das partículas dada pela distância do canal central da
base do reator não teve efeito estatístico significativo.
PALAVRAS-CHAVE: tratamento de efluentes, metais tóxicos, reatores eletroquímicos, leito
de jorro.
1. INTRODUÇÃO
A recuperação de metais pesados (Cu, Pb,
Ni, Zn, Cr etc.) de soluções aquosas diluídas
presentes em resíduos industriais no setor de
galvanoplastia, metalurgia extrativa, eletrônica,
entre outras, é necessária por estar associada a
problemas de impacto ambiental e econômico.
Do ponto de vista de impacto ambiental, estes
efluentes contendo íons metálicos, mesmo em
baixas concentrações, constituem efluentes
muito tóxicos podendo ocasionar vários tipos de
poluição, tais como, formação de bancos de
ISSN 2178-3659
lodo, extermínio da vida aquática e problemas
relacionados à saúde humana (Ruotolo e
Gubulin, 2002).
Os métodos clássicos (precipitação
química de sais e hidróxidos, abaixamento do
pH, floculação, coagulação e outros) adotados
atualmente estão se tornando cada vez menos
viáveis. Principalmente pela grande quantidade
de subprodutos a serem recuperados e por
apresentarem alto custo para as indústrias devido
ao uso de grande quantidade de reagentes
químico e à área necessária para a estocagem de
grande quantidade de lama residual formada nos
6322
decantadores. Atualmente, a disposição dessa
lama no meio ambiente, acarreta enormes penas
previstas pela lei devendo ser armazenada ou
convenientemente disposta em aterros sanitários
adequados (Lanza e Bertazzoli, 2000).
A tecnologia eletroquímica, através do
emprego de reatores eletroquímicos, oferece uma
alternativa eficiente para o controle da
concentração dos íons metálicos em solução
aquosa através de sua remoção via reações de
redução. Na eletrodeposição, os íons
metálicos são reduzidos eletroquimicamente
sobre a superfície de um eletrodo à medida que o
eletrólito circula pelo interior do mesmo, onde o
metal é recuperado em sua forma mais valiosa,
metálica, podendo inclusive ser reaproveitado.
Nesse tratamento não é, tipicamente, necessária a
adição de reagente químico, o que facilita a
recuperação da água, reduzindo o custo final do
produto (Pletcher e Walsh, 1990).
Dentre as tecnologias eletroquímicas
existentes destaca-se o uso de eletrodos
particulados os quais, devido à sua grande área
superficial e às altas taxas de transferência de
massas obtidas, tornam-se ideais para a
recuperação de metais em soluções diluídas, as
quais são controladas pelo processo de
transferência de massa. Nesses eletrodos o
movimento das partículas, resultante da
passagem do eletrólito no interior da matriz
porosa, define o tipo do reator como sendo
eletrodo de leito fixo, fluidizado, jorro, etc.
O objetivo deste trabalho foi estudar o
processo de eletrodeposição de íons cobre
utilizando o eletrodo de leito de jorro. O
desempenho do reator eletroquímico foi
analisado em termos da eficiência de corrente,
rendimento
espaço-tempo,
e consumo
energético utilizando-se a técnica de
planejamento fatorial de experimentos,
especificamente o planejamento Box-Behnken.
Os
resultados
foram
analisados
estatisticamente e o efeito de cada variável
sobre as respostas estudadas foi feito
utilizando-se superfícies de resposta.
ISSN 2178-3659
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Os experimentos de eletrodeposição de
foram
realizados
no
sistema
cobre
experimental esquematizado na Figura 1. O
eletrólito foi preparado utilizando-se sulfato de
cobre pentahidratado como fonte de íons cobre
e ácido sulfúrico como eletrólito suporte.
Todas as soluções foram preparadas
utilizando-se água deionizada.
Figura 1 - Representação esquemática do
sistema experimental. 1) reservatório de
eletrólito; 2) bomba centrífuga; 3) válvula de
controle da vazão ao reator; 4) voltímetro; 5)
reator eletroquímico; 6) fonte de corrente; 7)
sistema de controle da temperatura; 8) válvula do
by-pass e 9) válvula de esgotamento do sistema.
A Figura 2 mostra uma visão mais
detalhada do reator eletroquímico de leito de
jorro. O reator de leito de jorro era formado por
placas retangulares que eram justapostas, vedadas
por meio de mantas de silicone (3) e fixadas por
meio de porcas e parafusos (Figura 2b). À placa
da direita da Figura 2 estava embutido o contraeletrodo (6) de Ti/Ti0,7Ru0,3O2 (De Nora do
Brasil, Sorocaba-SP). O contra-eletrodo era
revestido por uma tela de polietileno recoberta
com tecido de poliamida (7) para evitar o curto
circuito do sistema. À placa mais à esquerda da
Figura 2 estava embutido o alimentador de
corrente (1), que se constituía de uma placa de
aço inox AISI 316. As partículas eletroativas
de cobre constituíam o cátodo poroso e eram
acondicionadas no interior da placa central da
Figura 2 (4), por onde também escoava o
6323
eletrólito, que entrava pela base e saía pelo
topo do reator. No centro da placa
intermediária estava disposto também o draft
ou canal central (2), composto por duas placas
paralelas de acrílico com distância de 13 mm
entre si. Estas placas eram encaixadas nas
duas placas laterais através de pequenas
ranhuras que permitiam seu deslocamento para
cima e para baixo, possibilitando assim que se
variasse o espaçamento entre o canal central e
a base do leito de jorro. Logo acima da
entrada do eletrólito no reator e abaixo do leito
de partículas eletroativas havia um meio
poroso de partículas de polietileno cuja função
era a de um distribuidor de fluxo (8).
(a)
(b)
Figura 2 – Reator eletroquímico de leito jorro.
(a) Vistas frontal e lateral; (b) vista explodida.
(1) contra-eletrodo; (2) draft ou canal central;
(3) borrachas de silicone; (4) placa central com
aberturas de entrada e saída de eletrólito; (5)
distribuidor de fluxo; (6) tela de polietileno
revestida por tecido de poliamida e (7)
alimentador de corrente.
ISSN 2178-3659
Para o estudo das quatro variáveis
independentes foi empregado um planejamento
fatorial do tipo Box-Behnken (Box e Behnken,
1960), cuja codificação e condições experimentais
estão mostradas nas Tabelas 1 e 2,
respectivamente.
Tabela 1 - Codificação do planejamento BoxBehnken para quatro variáveis.
Experimento
I*
Cs*
d*
L*
1
-1
-1
0
0
2
1
-1
0
0
3
-1
1
0
0
4
1
1
0
0
5
0
0
-1
-1
6
0
0
1
-1
7
0
0
-1
1
8
0
0
1
1
9
0
0
0
0
10
-1
0
0
-1
11
1
0
0
-1
12
-1
0
0
1
13
1
0
0
1
14
0
-1
-1
0
15
0
1
-1
0
16
0
-1
1
0
17
0
1
1
0
18
0
0
0
0
19
-1
0
-1
0
20
1
0
-1
0
21
-1
0
1
0
22
1
0
1
0
23
0
-1
0
-1
24
0
1
0
-1
25
0
-1
0
1
26
0
1
0
1
27
0
0
0
0
Observação: * indica os valores na forma codificada.
Tabela 2 - Valores assumidos pelas variáveis
no planejamento Box-Behnken.
Variável
-1
0
+1
I (A)
4,0
6,0
8,0
Cs (M)
0,1
0,5
0,9
d (cm)
1,0
1,5
2,0
L (cm)
1,3
1,9
2,5
6324
EC =
Y=
100 z F V dC
MI
dt
EC M I
10 5 z F VR
CE =
2,78 x 10 -2 z F ∆U
EC M
(1)
(2)
(3)
Nestas equações, z corresponde ao
número de elétrons envolvidos na reação
eletroquímica, F é a constante de Faraday, V o
volume de eletrólito, M a massa molecular, C a
concentração da espécie eletroativa, t o tempo,
VR o volume do eletrodo e ∆U o potencial de
célula. A constante 2,78 x 10-2 é um fator de
conversão que tem unidade de h s-1.
ISSN 2178-3659
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 3 mostra alguns resultados
típicos de curvas de concentração normalizada
em função do tempo obtidas nos experimentos
de eletrodeposição de cobre.
1,0
4 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 2,5 cm
6 A; 0,1 M; 1,3 cm
6 A; 0,9 M; 1,3 cm
0,8
C/C0
O procedimento experimental consistiu na
montagem do reator nas condições desejadas de
espessura de leito e espaçamento do canal central
e em seguida seu acoplamento à unidade
experimental da Figura 1. Preparava-se o
eletrólito na condição de concentração de
eletrólito suporte desejada e acionava-se a bomba
centrífuga fazendo a solução permear para o
reator. Ajustava-se a vazão de maneira a se obter
a condição de jorro desejada e em seguida
acionava-se simultaneamente a fonte de corrente
e o cronômetro, iniciando-se assim o processo de
eletrodeposição. Em intervalos de tempos
regulares media-se o potencial de célula e
retirava-se uma amostra para posterior análise de
cobre em espectrofotômetro de absorção atômica
(Varian, modelo SpetrAA200). A temperatura
do eletrólito foi controlado entre 25 e 28 oC
durante todo o experimento.
As variáveis resposta estudadas foram a
eficiência de corrente (EC, em %), rendimento
espaço-tempo (Y, em kg m-3 h-1) e consumo
energético (CE, kWh kg-1), calculadas pelas
Equações 1 a 3, respectivamente (Goodridge e
Scott,1995).
0,6
0,4
0,2
0,0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180
t / min
Figura 3 - Concentração normalizada em função
do tempo. C0 = 1000 mg L-1, d = 1,5 cm.
Observando-se a Figura 3 verifica-se que
existem duas regiões distintas nas curvas
apresentadas, isto é, uma região de queda de
concentração linear, correspondente a um
controle cinético da reação, e outra região
exponencial, indicando um controle por
transferência de massa. Constata-se também que
as condições de corrente, concentração de
eletrólito suporte e espessura do eletrodo também
exercem influência sobre a cinética do processo.
Aplicando-se a Equação 1 calculou-se a
eficiência de corrente em função da concentração
normalizada, conforme mostrado na Figura 4.
Nas curvas de eficiência de corrente em
função da concentração normalizada é possível
também observar duas regiões distintas, uma de
EC constante, que corresponde àquela em que a
taxa de reação é constante. À medida que a
concentração de íons cobre diminui, o processo
passa a ser também controlado pelo transporte
de massa e a taxa de reação passa a ser função
da concentração de cobre; assim, após atingir-se
um valor de concentração em que a corrente
aplicada torna-se superior à corrente limite do
processo (denominada concentração de
6325
60
50
40
EC / %
cinético em que o CE é menor, assim, o
consumo energético global será minimizado.
70
4 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 2,5 cm
6 A; 0,1 M; 1,3 cm
6 A; 0,9 M; 1,3 cm
-1
60
CEI / kWh kg
transição), a EC diminui rapidamente. É
possível observar também que a concentração
de
transição
depende
das
condições
operacionais impostas ao sistema, podendo o
processo operar por mais ou menos tempo em
condições de maior EC, tendo assim influência
sobre a EC global do processo.
50
40
30
20
10
30
0
4 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 1,3 cm
8 A; 0,5 M; 2,5 cm
6 A; 0,1 M; 1,3 cm
6 A; 0,9 M; 1,3 cm
20
10
0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
C/C0
Figura 4 – EC em função da concentração
normalizada. C0 = 1000 mg L-1, d = 1,5 cm.
Na Figura 5 são apresentadas as curvas
de CE em função da concentração
normalizada. Observa-se nesta figura uma
primeira região nas condições de concentração
mais elevada, em que o pequeno aumento do
CE pode ser atribuído ao aumento do potencial
de célula devido à perda de condutividade da
solução decorrente da remoção dos íons cobre.
De maneira geral, o CE nestas condições está
abaixo de 10 kWh kg-1, o que pode ser
considerado um valor bastante satisfatório e
que pode ser significativamente melhorado
através do estabelecimento de condições
experimentais que levem a um aumento da EC
na região de controle cinético. Após atingida a
concentração de transição, o consumo
energético aumenta rapidamente devido
principalmente à perda de EC nas condições de
processo controlado por transporte de massa.
Uma vez que o CE aumenta rapidamente após
atingir-se a concentração de transição, é
desejável um processo que possa trabalhar o
máximo possível na condição de controle
ISSN 2178-3659
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
C/C0
Figura 5 – CE em função da concentração
normalizada. C0 = 1000 mg L-1, d = 1,5 cm.
Utilizando-se apenas a região de taxa de
reação constante das curvas de concentração em
função do tempo foram calculados os valores de
EC, Y e CE utilizados no planejamento fatorial
de experimentos. Os resultados obtidos estão
mostrados na Tabela 3.
Verifica-se na Tabela 3 que as eficiências
de corrente foram, de maneira geral, muito
baixas, sendo que o maior valor obtido foi de
57%, indicando então que as variáveis estudadas
podem ser otimizadas de maneira a melhorar
significativamente a eficácia do processo. De
qualquer maneira, mesmo diante dos valores
baixos de EC, o rendimento espaço-tempo
podem ser considerados elevados e em muitos
casos com consumos energéticos inferiores a 10
kWh kg-1. Diante destes resultados, foram
construídas superfícies de resposta para as três
variáveis dependentes estudadas de maneira a
verificar a influência de cada uma sobre o
processo, facilitando assim o entendimento dos
parâmetros operacionais mais importantes e que
devem ser otimizados de maneira a se obter os
melhores valores de EC e Y aliados com os
menores valores de CE.
6326
Tabela 3 – Resultados experimentais do
planejamento fatorial Box-Behnken.
Y
CE
d
L EC (kg m-3 (kWh
Exp. I Cs
(A) (M) (cm) (cm) (%)
h-1)
kg-1)
1
4 0,1 1,5 1,9 22 11,5 14,2
2
8 0,1 1,5 1,9 16 16,3 28,3
3
4 0,9 1,5 1,9 49 25,5
4,4
4
8 0,9 1,5 1,9 41 42,1
6,5
5
6 0,5 1 1,3 41 46,2
6,7
6
6 0,5 2 1,3 44 49,6
6,0
7
6 0,5 1 2,5 25 14,7 10,8
8
6 0,5 2 2,5 33 19,6
7,9
9
6 0,5 1,5 1,9 32 25,0
9,0
10 4 0,5 1,5 1,3 30 23,1
7,3
11 8 0,5 1,5 1,3 57 86,1
5,1
12 4 0,5 1,5 2,5 47 18,6
4,8
13 8 0,5 1,5 2,5 21 16,7 13,7
14 6 0,1 1 1,9 15 11,7 28,8
15 6 0,9 1 1,9 45 35,3
5,2
16 6 0,1 2 1,9 21 16,2 17,7
17 6 0,9 2 1,9 45 35,4
5,3
18 6 0,5 1,5 1,9 41 31,8
6,8
19 4 0,5 1 1,9 46 24,0
5,1
20 8 0,5 1 1,9 36 37,9
7,8
21 4 0,5 2 1,9 41 21,4
5,8
22 8 0,5 2 1,9 28 28,8
9,9
23 6 0,1 1,5 1,3 27 30,8 14,2
24 6 0,9 1,5 1,3 49 55,6
4,8
25 6 0,1 1,5 2,5 13
7,6
36,4
26 6 0,9 1,5 2,5 49 29,1
5,1
27 6 0,5 1,5 1,9 46 35,7
6,2
Inicialmente, através dos resultados do
tratamento estatístico verificou-se que a variável
espaçamento do canal central não exercia
influência sobre o processo, tanto em termos da
EC e Y quanto do CE. Assim sendo, o
espaçamento do canal central, o qual tem
influência direta sobre a taxa de circulação das
partículas pelo canal de jorro, não foi considerado
na análise das superfícies de resposta.
ISSN 2178-3659
Na Figura 6 são mostradas as superfícies
de resposta para a EC em função da concentração
de eletrólito suporte e da corrente, para as três
espessuras de leito estudadas.
(a)
(b)
(c)
Figura 6 – EC em função de Cs e I. (a) L = 1,3
cm; (b) L = 1,9 cm e (c) L = 2,5 cm. d = 1,5 cm.
6327
Analisando-se o comportamento da
superfície de resposta para a EC verificam-se três
comportamentos diferentes da influência da
corrente elétrica sobre o processo; esse
comportamento depende da espessura do leito
com o qual está se trabalhando. Para leitos de
pequena espessura (Figura 6a) o aumento da
corrente aplicado leva a uma melhoria do
processo em termos da EC. Este efeito pode ser
entendido em termos de uma melhor distribuição
da corrente no interior do eletrodo particulado,
fazendo com que a região próxima ao
alimentador de corrente se torno mais ativa
eletroquimicamente, isto é, fazendo com que a
taxa de eletrodeposição aumente nesta região
evitando ou diminuindo a ocorrência de regiões
de dissolução anódica do cobre eletrodepositado.
O aumento da espessura do leito para 1,9
cm faz com que a corrente exerça pouca
influência sobre o processo dentro da faixa
estudada. Já quando se utiliza o leito com 2,5
cm, ou aumento da corrente causa uma
diminuição da EC, o que pode ser explicado por
um aumento do sobrepotencial na região próxima
ao contra-eletrodo que favorece a reação paralela
de evolução de hidrogênio (RDH), sem uma
contrapartida em termos de uma melhor
distribuição da corrente na região próxima ao
alimentador de corrente, em que uma possível
dissolução anódica seria a responsável pelos
baixos valores de EC observados.
Com relação à concentração de eletrólito
suporte verificou-se em todos os casos que o seu
aumento causa uma melhoria da EC do processo
e que o seu efeito foi o mais significativo
estatisticamente falando. A equação que descreve
as superfícies de resposta para a EC,
considerando-se apenas os efeitos significativos,
é a seguinte:
2
( )
EC = 37,89 − 3,18I * + 13,71C *s − 5,19 C *s
*
* *
(4)
− 4,87 L − 13,09I L
Analisando-se a Equação 4 verifica-se
também um forte efeito de interação entre a
ISSN 2178-3659
corrente e a espessura do eletrodo, a qual pode
ser melhor visualizada na Figura 7.
Figura 7 – EC em função de I e L. (a) Cs = 0,5 M.
d = 1,5 cm.
Como foi comentado anteriormente, o
efeito de interação entre a corrente e a espessura é
responsável pela morfologia da superfície de
resposta da Figura 7, em que se verifica mais
claramente que para leitos de menor espessura o
aumento da corrente é benéfico, sendo inclusive
que na condição de 8,0 A e 1,3 cm obtém-se o
melhor valor de EC mostrado na Tabela 3, de
57%. Uma possível estratégia visando melhorar
a EC do processo poderia ser o aumento da
corrente para valores maiores que 8,0 A ou então
aumentar a concentração de eletrólito suporte
para 0,9 M. Para leitos de maior espessura este
comportamento se inverte, sendo que os
melhores valores de EC são obtidos em
condições de baixa corrente.
Na Figura 8 são apresentadas as superfícies
de resposta do rendimento em função da
concentração de eletrólito suporte e da corrente
aplicada. Mais uma vez verifica-se a o aumento
de Cs causa um grande aumento do rendimento,
principalmente para o leito de menor espessura.
Com relação à espessura, verifica-se que este é o
parâmetro que exerce maior influência sobre o
rendimento, conforme pode ser constatado pela
Equação 5, em que são considerados apenas os
efeitos significativos.
6328
Y = 29,54 + 17,29I * + 21,46C *s - 30,82L*
− 32,48I * L*
(5)
(a)
Nota-se nas superfícies de resposta que o
aumento de L causa uma diminuição do
rendimento, indicando que o aumento da
espessura leva a uma distribuição menos
uniforme do sobrepotencial no interior do
eletrodo causando uma diminuição da EC que é
responsável, juntamente com o aumento do
volume do eletrodo, pelos baixos valores de
rendimento observado nestas condições.
Com relação à corrente, verifica-se
novamente um efeito muito significativo de
sua interação com a espessura do eletrodo,
conforme pode ser constatado na Figura 9. Da
mesma forma que ocorre para a EC, para leitos
de pequena espessura ocorre um aumento
bastante significativo do rendimento com o
aumento da corrente aplicada, enquanto que
para leitos de maior espessura o aumento da
corrente praticamente não tem influência sobre
o rendimento.
(b)
Figura 9 – Y em função de I e L. Cs = 0,5 M. d =
1,5 cm.
(c)
Figura 8 – Y em função de Cs e I. (a) L = 1,3 cm;
(b) L = 1,9 cm e (c) L = 2,5 cm. d = 1,5 cm.
ISSN 2178-3659
O uso de correntes elevadas, de maneira
geral, promove um aumento do rendimento do
reator
eletroquímico
em
termos
da
eletrodeposição, porém, valores elevados de
corrente podem causar uma grande diminuição da
EC e, consequentemente, um aumento proibitivo
do CE. Desta forma, a análise isolada da Figura 7
poderia sugerir que um leito de maior espessura e
6329
baixas correntes poderia otimizar o processo, pelo
menos em termos da EC. No entanto, quando se
faz a análise conjunta da EC e do Y (Figura 9)
verifica-se que a condição de maior espessura e
menor corrente apresenta um baixo rendimento.
Finalmente, é necessário analisar também
o CE do processo. Verificou-se que no caso
desta variável, o parâmetro que exerceu maior
influência foi a concentração de eletrólito
suporte, conforme pode ser constatado pela
análise da Equação 6, que leva em consideração
apenas os efeitos significativos.
2
( )
CE = 7,53 + 2,45I * − 9,04C *s + 6,71 C *s
+ 2,89L* − 5,47C *s L*
Na Figura 11 são apresentadas as
superfícies de resposta do CE em função de L
e I para as três concentrações de eletrólito
suporte estudadas.
(6)
A Figura 10 mostra o CE em função de Cs
e I para o leito de 1,9 cm. Verifica-se que o
aumento da concentração de eletrólito suporte
causa uma grande diminuição do consumo
energético para a eletrodeposição em leito de
jorro, atingindo-se valores menores que 5 kWh
kg-1 nas condições de maior Cs. Por outro lado, a
corrente teve um efeito menos significativo,
causando apenas um pequeno aumento do CE,
indicando que o aumento da condutividade do
eletrólito decorrente do aumento da concentração
de eletrólito suporte é um fenômeno
preponderante para a diminuição do consumo
energético do processo.
(a)
(b)
(c)
Figura 10 – CE em função de Cs e I. L = 1,9 cm.
ISSN 2178-3659
Figura 11 – CE em função de I e L. (a) Cs = 0,1
M; (b) Cs = 0,5 M e (c) Cs = 0,9 M. d = 1,5 cm.
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Analisando o efeito da espessura, verifica-se
que o seu aumento em condições de concentrações
baixas e médias de Cs (0,1 M e 0,5 M) causa um
aumento de CE devido principalmente à perda de
eficiência de corrente do processo. No entanto, em
condições de elevada condutividade (Cs = 0,9 M),
o efeito da espessura torna-se insignificante e o
consumo energético praticamente não é
influenciado por este parâmetro.
De maneira geral, os coeficientes de
correção obtidos podem ser considerados
satisfatório considerando o número de
parâmetros estudados e a natureza dos
experimentos. Os coeficientes de correlação
foram de 0,8974 para a EC, 0,86526 para Y e
0,87821 para o CE. Os gráficos de resíduos
apresentaram pontos aleatórios, mostrando que o
modelo polinomial proposto foi adequado.
o aumento de L causa uma diminuição
expressiva de Y;
o aumento de Cs causa uma melhoria
de Y em todas as situações estudadas;
o CE é influenciado pelas variáveis
Cs, Cs2, Cs x L, L e I, sendo que Cs foi a
variável com efeito mais significativo;
o aumento de L em condições de Cs de
0,1 M e 0,5 M causa um aumento de CE,
enquanto que para a condição de 0,9 M o
aumento de L diminui levemente o valor de CE;
o aumento de Cs diminui fortemente o
CE em todas as condições de I estudadas;
o modelo polinomial proposto foi
adequado e os coeficientes de correlação
obtidos satisfatórios;
os resultados obtidos sugerem que a
condição para operação ótima do ELJ seria em
Cs = 0,9 M, I = 8 A e L = 1,3 cm.
4. CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos e levandose em consideração os valores dos parâmetros
estudados neste trabalho, a seguintes
conclusões podem ser apresentadas:
a EC, Y e CE são influenciadas pela
concentração de cobre no eletrólito;
o espaçamento do canal central não
tem influência estatística sobre a EC, Y e CE;
a EC é influenciada pelas variáveis I,
Cs, Cs2, L e pela interação de I x L. Cs e I x L
foram os efeitos mais significativos;
para leitos de menor espessura, o
aumento da corrente causa um aumento de
EC, enquanto para o leito de 2,5 cm ocorre
uma diminuição da EC com o aumento de I;
o aumento de Cs causa um grande
aumento da EC;
o Y é influenciado pelos parâmetros
L, Cs, I x L e I. A espessura foi a variável de
maior influencia sobre o rendimento;
para leitos de 1,3 cm e 1,9 cm o
aumento de I causa uma melhoria de Y,
enquanto para L = 2,5 cm o rendimento é
pouco influenciado pela corrente;
ISSN 2178-3659
5. REFERÊNCIAS
BOX, G.E.P.; BEHNKEN, D.W. Some new
three level designs for the study of quantitative
variables. Technometrics v. 2, p. 455-475, 1960.
GOODRIDGE, F.; SCOTT, K. Electrochemical
Process Engineering. New York: Plenum Pres,
1995.
LANZA, M. R. V.; BERTAZZOLI, R.
Removal of Zn(II) from chloride medium
using a porous electrode: current penetration
within the cathode, J. Appl. Electrochem. v. 30
, p. 61-70 , 2000.
PLETCHER, D.K.; WALSH, F.C. Industrial
Electrochemistry. Cambridge: Chapman and
Hall, 1990.
RUOTOLO,
L.A.M.;
GUBULIN,
J.C.
Electrodeposition of copper ions on fixed bed
electrodes: kinetic and hydrodynamic study.
Braz. J. Chem. Eng. v. 19, p. 105-112, 2002.
6. AGRADECIMENTOS
Ao CNPq pelo suporte financeiro
(processo no 475507/07-0) e pela bolsa de
mestrado (processo no 559621/08-6).
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